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识别螺栓——头部的 8.8、10.9 和 12.9 是什么意思

知识

· Clemens Riemer, 金属专业工业技师兼实训教师

你伸手到螺栓箱里，拿出一颗 M8，看起来和你要换掉的那颗一模一样。可它能不能承受同样大的力，只有头部能告诉你。那里用寥寥几个字符写明了是谁生产的、强度有多高。在这里你将学会读懂这些标记，并了解各个等级之间的差别到底有多大。

头部必须标出什么

许多带米制螺纹的钢制螺栓，从螺纹直径 5 mm 起，只要形状允许，都带有两项标记。

  • 制造者标识：字母或符号。它表明由谁对这些数值负责。
  • 性能等级：两个用点隔开的数字，例如 8.8 或 10.9。

对于六角头螺栓，这适用于从 4.6 到 12.9 的所有等级。对于内六角或内六角花形圆柱头螺钉，从 8.8 级起才强制要求标记。标记通常以凸字或凹字压印在头部顶面，圆柱头螺钉也可能在头部侧面。小于 M5 时，往往只能看包装。

从上方看六角头螺栓的头部，上面有制造者标识和性能等级 10.9，旁边是标有数字 10 的螺母，以及标有 A2-70 的不锈钢螺栓头部。图中说明，数字 10 表示抗拉强度为 1000 N/mm²，9 表示屈服强度为其 90 %，即 900 N/mm²
左边是带制造者标识的 10.9 级六角头螺栓，中间是标有数字 10 的配用螺母，右边是不锈钢螺栓。不锈钢螺栓上不是点，而是短横线，横线后面的数字乘以 10 就是抗拉强度。

10 秒读懂这两个数字

第一个数字乘以 100 是抗拉强度，也就是螺栓被拉断时的应力。第二个数字除以 10 表示其中多大比例是屈服强度。超过它，螺栓就会产生永久伸长。

Rm = a · 100     Re = Rm · b10
  • a 性能等级的第一个数字，b 第二个数字
  • Rm 抗拉强度，单位 N/mm²
  • Re 屈服强度，单位 N/mm²，从 8.8 级起严格来说是规定塑性延伸强度 Rp0.2

对 12.9 级来说，抗拉强度为 1200 N/mm²，其 90 % 为屈服强度，即 1080 N/mm²。4.6 级只有 400 N/mm²，达到其 60 %，即 240 N/mm² 时就开始永久伸长。第二位是 6 的等级韧性好，第二位是 9 的等级承载能力高，但离断裂的余量很小。

差别到底有多大

用螺栓开始永久伸长时的拉力来比较，就更直观了。为此要用螺纹的应力截面积 As。M8 为 36.6 mm²。

Fe = Re · As
  • Fe 螺栓达到屈服强度时的拉力，单位 N
  • As 应力截面积，单位 mm²

示例

一个夹具上缺了一颗 8.8 级 M8 圆柱头螺钉。箱子里有一颗没有标记的螺钉和一颗 A2-70 不锈钢螺钉。每颗在达到屈服强度前能承受多大的力？

8.8 → Fe = 640 N/mm² · 36.6 mm² ≈ 23.4 kN

A2-70 → Fe = 450 N/mm² · 36.6 mm² ≈ 16.5 kN

无标记，假定为 4.6 → Fe = 240 N/mm² · 36.6 mm² ≈ 8.8 kN

不锈钢螺钉只能达到 8.8 级的约 70 %。没有标记的螺钉要按最坏情况考虑，那就只剩 37 % 多一点。8.8 级螺钉在达到屈服强度前大约能承受相当于 2.4 t 重物的力，而来历不明的螺钉可能只有 0.9 t。所以在这里，两颗替代螺钉都不是好主意。

M8 螺栓六个等级达到屈服强度时拉力的柱状图（4.6 约 8.8 kN；5.6 约 11.0 kN；A2-70 约 16.5 kN；8.8 约 23.4 kN；10.9 约 32.9 kN；12.9 约 39.5 kN）
M8 螺栓达到屈服强度时的拉力，按性能等级的公称值计算，未计安全系数。4.6 级和 12.9 级相差四倍多，尽管两颗螺栓看起来可能一模一样。

这些数值只用于比较。螺栓在使用中允许承受多大载荷，由设计决定。拧紧时的参考值见计算指南螺栓拧紧力矩。

螺母和不锈钢

螺母只有一个数字，例如 8、10 或 12。从 M5 起，它以凹字标在侧面或支承面上，或以凸字标在倒角上。也可以不用数字，而用时钟面标记法的代码。规则很简单：螺母的数字至少要和螺栓的第一个数字一样大。8.8 级螺栓配 8 级或更高的螺母，10.9 级配 10 级或更高。

不锈钢的读法不一样。在 A2-70 中，A 代表钢类，即奥氏体钢，A2 或 A4 代表钢组。A4 另外含钼，更耐氯化物腐蚀，例如在海水中或游泳池里。横线后面的数字乘以 10 得到抗拉强度，A2-70 即 700 N/mm²。屈服强度无法从中读出。头部没有等级标记的不锈钢螺栓往往只能达到 50 级。

头部看不出来的东西

  • 颜色：很多 12.9 级圆柱头螺钉是黑色的，但黑色不等于 12.9 级。镀锌螺栓也几乎所有等级都有。
  • 螺纹旋向：左旋螺纹的螺栓从 M5 起应带有附加标记，但你不应依赖它。把螺栓竖直拿着看螺纹。右旋螺纹的螺纹线向右上升，左旋螺纹向左上升。
  • 状态：过度拉伸的螺栓和新螺栓带有同样的压印。如果杆部出现缩颈，就该报废。

常见错误

  • 用不锈钢代替 8.8 级：A2-70 听起来更强，但在达到屈服强度前只能承受 8.8 级的约 70 %。
  • 装上无标记的螺栓：M5 及以上、头部没有等级标记的六角头螺栓，不是强度经过验证的标准钢制螺栓。要么按最弱的等级对待，要么换一颗。
  • 忘了螺母：螺栓为 10.9 级而螺母只有 8 级时，螺栓还没完全受载，螺母螺纹就可能先失效。
  • 不加考虑地用 10.9 级换 8.8 级：强度高不一定更好。高强度螺栓的延展性较差，而电镀锌的 10.9 级及以上螺栓可能因氢脆而变脆。具体要求以图纸为准。

常见问题

可以用 10.9 级代替 8.8 级吗？

就强度而言通常可以，前提是螺母也匹配。拧紧时按该连接规定的力矩。只有当零件、旋合深度和支承面都能承受时，才可使用 10.9 级更高的力矩。电镀锌的 10.9 级螺栓必须经过批准才能使用。如果图纸上明确要求 8.8 级，例如为了在过载时让螺栓首先屈服，那就必须使用 8.8 级。

压印看不清了怎么办？

那么等级就是未知的，哪怕螺栓来自一个可靠的箱子。对于承力连接，你要用一颗新的、有标记的螺栓。

在 App 中哪里能找到？

在 Gesello 的“螺钉”模块中。在“强度”选项卡中选择一个等级，即可看到抗拉强度、屈服强度和配用螺母，也包括不锈钢。在“标记”选项卡中，App 会把 ISO 4017 - M12x60 - 10.9 这样的订货标记拆解成各个组成部分。